Ved hjælp af lasere til at undersøge rummet, bugs og knogler

En ny måde at udnytte lasere og plasmaer kan give forskere nye måder at udforske det ydre rum på og undersøge fejl, tumorer og knogler tilbage på planeten Jorden.

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) fysiker Felicie Albert ledede et internationalt team, der forfulgte dette nye regime inden for laserforskning, som blev beskrevet i en Fysisk gennemgangsbreve ( PRL ) papir udgivet online 31. marts.

Albert og teamet brugte mere end to år på at eksperimentere med nye måder at generere røntgenstråler i stand til at undersøge størrelsen, massefylde, tryk og sammensætning af meget forbigående materielle tilstande, såsom dem, der findes i planternes kerner og i fusionsplasmaer. Plasma udgør 99 procent af det kendte univers.

Forskerne undersøgte betatron røntgenstråling, udsendes, når elektroner accelereres til relativistiske energier og vrikker i plasmabølgen frembragt ved interaktion mellem en kort, intens laserpuls med en gas.

Traditionelt set denne kilde er blevet undersøgt godt for laserpulser med femtosekund (kvadrillionendedel af et sekund) lange varigheder. For at undersøge betatron røntgenemission ved intensiteter og pulsvarigheder, der er relevante for større laserfaciliteter, såsom LLNL's Advanced Radiographic Capability (ARC) laser, forskerne gennemførte et eksperiment på Titan Laser på laboratoriets Jupiter Laser Facility. Der observerede de betatron røntgenstråling drevet af meget længere, laserpulser med picosekund-varighed.

"For mig er et picosekund for evigt, "Spøgte Albert. Mens picosekunder måler tiden i billioner af et sekund, det er langsomt for en forsker, der foretrækker endnu kortere laserpulser.

Det eksperimentelle arbejde viser, at den nye strålekilde har et stort løfte om at kunne udføre applikationer på internationale laseranlæg i stor skala, hvor det potentielt kan bruges til røntgenstråling og fasekontrastbilleddannelse af laserdrevne stød, absorptionsspektroskopi og opacitetmålinger.

Andre LLNL -kolleger omfatter Nuno Lemos, Brad Pollock, Clement Goyon, Arthur Pak, Joseph Ralph og John Moody, sammen med samarbejdspartnere fra University of California-Los Angeles, SLAC National Accelerator Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California-Berkeley og University of Lissabon i Portugal.

Albert bemærkede, at resultaterne ikke afslørede sig umiddelbart som i nogle forsøg, og at det tog teamet en masse analyse og hårdt arbejde at afdække det nye regime.

De noterer i deres papir de mange forskellige potentielle anvendelser af teknologien:Betatron røntgenstråling drevet af kortpulslasere er blevet brugt til biologiske og medicinske formål, såsom røntgenfasekontrastbilleddannelse af insekter og hård røntgenradiografi af knogler. Dens unikke egenskaber gør den også velegnet til at studere dynamikken i plasmaer med høj energi -tæthed og varmt tæt stof - en tilstand nær faste tætheder - og temperaturer, der findes i kernerne på kæmpe planeter som Jupiter og i inertial indeslutningsfusionsplasmaer.